Nitreto de gálio, um semicondutor que revolucionou a iluminação LED com eficiência energética, também pode transformar a eletrônica e a comunicação sem fio, graças a uma descoberta feita por pesquisadores de Cornell.

Seu papel, "Um gás de furo 2-D induzido por polarização em poços quânticos de nitreto de gálio não dopados, "foi publicado em 26 de setembro em Ciência .

O silício tem sido o rei dos semicondutores, mas teve uma ajudinha. O material puro é frequentemente aumentado, ou "dopado, "com impurezas como fósforo ou boro para aumentar o fluxo de corrente, fornecendo cargas negativas (elétrons) ou cargas positivas (" buracos, "ausência de elétrons) conforme necessário.

Nos últimos anos, um mais novo, Surgiu uma família mais robusta de materiais semicondutores compostos cultivados em laboratório:nitretos do grupo III. Nitreto de gálio (GaN) e nitreto de alumínio (AlN) e suas ligas têm um gap mais amplo, permitindo que suportem tensões e frequências maiores para mais rápido, transmissão de energia mais eficiente.

"O silício é muito bom para desligar e ligar e controlar o fluxo de energia elétrica, mas quando você o leva para altas tensões, ele não funciona muito bem porque o silício tem uma força elétrica fraca, enquanto GaN pode sustentar campos elétricos muito mais altos, "disse o co-autor sênior Debdeep Jena, professor de engenharia elétrica e da computação e de ciência e engenharia de materiais "Se você está fazendo grandes quantidades de conversão de energia, então, semicondutores de largo bandgap, como GaN e carboneto de silício, são as soluções. "

Em vez de usar impurezas, Ph.D. estudante Reet Chaudhuri, o autor principal do artigo, empilhou uma fina camada de cristal de GaN - chamada de poço quântico - sobre um cristal de AlN, e a diferença em suas estruturas cristalinas gerou uma alta densidade de orifícios móveis. Comparado com dopagem de magnésio, os pesquisadores descobriram que o gás de buraco 2-D resultante torna as estruturas de GaN quase 10 vezes mais condutoras.

Usando a nova estrutura de material criada por Chaudhuri, co-autor e Ph.D. o estudante Samuel James Bader demonstrou recentemente alguns dos transistores GaN tipo p mais eficientes em um projeto colaborativo com a Intel. Agora que a equipe tem a capacidade de fazer transistores de canal de buraco - que são chamados de tipo p - eles planejam emparelhá-los com transistores do tipo n para formar circuitos mais complexos, abrindo novas possibilidades na comutação de alta potência, Tecnologia celular 5G e eletrônicos com eficiência energética, incluindo carregadores de telefone e laptop.

"É muito difícil obter simultaneamente o tipo n e o tipo p em um semicondutor de largura de banda larga. No momento, o carboneto de silício é o único outro que possui ambos além do GaN. Mas os elétrons móveis no carboneto de silício são mais lentos do que aqueles no GaN, "disse o co-autor sênior Huili Grace Xing, professor de engenharia elétrica e da computação e de ciência e engenharia de materiais. "Usando essas operações complementares habilitadas por dispositivos tipo n e tipo p, muito mais arquitetura de eficiência energética pode ser construída. "

Outra vantagem do gás de furo 2-D é que sua condutividade melhora à medida que a temperatura diminui, o que significa que os pesquisadores agora serão capazes de estudar as propriedades fundamentais do GaN de maneiras que não eram possíveis anteriormente. Igualmente importante é sua capacidade de reter energia que, de outra forma, seria perdida em sistemas de energia menos eficientes.

Um pedido de patente foi feito através do Center for Technology Licensing para a descoberta.